1 微处理器及总线(2)
《微型计算机原理与接口技术》习题及答案
微机原理及接口技术（第三版）习题及答案习题11.1微处理器和微型计算机的发展经历了哪些阶段？各典型芯片具备哪些特点? 【解答】经历了6代演变，各典型芯片的特点如表1-1所示。
1.2微型计算机的特点和主要性能指标有那些？【解答】除具有运算速度快、计算精度高、有记忆能力和逻辑判断能力、可自动连续工作等基本特点以外，还具有功能强、可靠性高、价格低廉、结构灵活、适应性强、体积小、重量轻、功耗低、使用和维护方便等。
微型计算机的性能指标与系统结构、指令系统、硬件组成、外部设备以及软件配备等有关。
常用的微型计算机性能指标主要有：字长、主频、内存容量、指令数、基本指令执行时间、可靠性、兼容性、性能价格比等。
1.3常见的微型计算机硬件结构由哪些部分组成？各部分的主要功能和特点是什么？【解答】微型计算机硬件一般由微处理器、内存储器、外存储器、系统总线、接口电路、输入/输出设备等部件组成。
主要组成部件的功能和特点分析如下：（1）微处理器：是微型计算机的核心部件，由运算单元ALU、控制单元、寄存器组以及总线接口1微机原理及接口技术习题及答案部件等组成，其功能是负责统一协调、管理和控制系统中的各个部件有机地工作。
（2）内存储器：用来存放计算机工作过程中需要的操作数据和程序。
可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。
RAM存放当前参与运行的各种程序和数据，特点是信息可读可写，存取方便，但信息断电后会丢失；ROM用于存放各种固定的程序和数据，特点是信息固定不变，关机后原存储的信息不会丢失会丢^（3）系统总线：是CPU与其它部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。
可分成数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB。
（4）输入/输出接口电路：完成微型计算机与外部设备之间的信息交换。
由寄存器组、专用存储器和控制电路等组成。
（5）主机板：由CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、总线扩展槽、串行/并行接口、各种跳线和一些辅助电路等硬件组成。
微处理器的工作原理
微处理器的工作原理
微处理器是计算机的核心组件之一，它具有执行各种计算任务和控制计算机操作的功能。
微处理器的工作原理可以总结为以下几个关键步骤：
1. 取指令：微处理器从内存中读取指令，并将其存储在指令寄存器(IR)中。
2. 解码指令：微处理器解码指令以确定应该执行的操作。
3. 执行操作：根据解码后的指令，微处理器执行相应的操作，如加法、减法、逻辑运算等。
4. 访问存储器：在执行操作的过程中，微处理器可能需要从内存中读取数据或将结果写入内存。
5. 更新寄存器：微处理器利用寄存器来存储临时数据和运算结果。
在执行操作的过程中，微处理器将根据需要更新寄存器中的内容。
6. 控制流程：微处理器根据指令执行的结果来决定下一步应该执行的指令。
这包括跳转指令、条件分支等。
以上是微处理器的基本工作原理。
微处理器通过不断循环这些步骤，可以高效地执行各种计算任务，并控制计算机的运行。
随着技术的发展，微处理器的性能和功能不断提升，使得计算机能够进行更加复杂和高效的计算和操作。
微机原理与接口第3章2—8086微处理器总线周期及引脚资料
3.2.3 8086微处理器的总线时序 1. 总线时序
⑴ 指令周期
每条指令的执行由取指令、译码和执行 等操作组成，执行一条指令所需要的时间 称为指令周期(Instruction Cycle)，不同 指令的指令周期是不等长的，一个指令周 期由一个或若干个总线周期组成。
1
第3章 80x86微处理器
– 4个时钟周期编号为T1、T2、T3和T4 – 总线周期中的时钟周期也被称作“T状态” – 时钟周期的时间长度就是时钟频率的倒数
• 当需要延长总线周期时插入等待状态Tw • CPU进行内部操作，没有对外操作时，其引脚就处
于空闲状态Ti
12
第3章 80x86微处理器
第3章：3.2 8088的总线时序（续3）
(c)
3
第3章 80x86微处理器
⑴ 总线读操作时序
当8086 CPU 进行存储器或I/O端口读操作 时，总线进入读周期。基本的读周期由4个时 钟周期组成:T1、T2、T3和T4。CPU在T3到T4之间 从总线上接收数据。当所选中的存储器和外设 的存取速度较慢时，则在T3和T4之间将插入1个 或几个等待周期TW。图3.3是8086最小方式下的 总线读操作时序图。下面对图中表示的读操作 时序进行说明。
⑵ 总线周期
8086CPU与外部交换信息总是通过总线进行的 。CPU的每一个这种信息输入、输出过程所需要 的时间称为总线周期(BusCycle)，一般一个总线 周期由四个时钟周期组成。
⑶ 时钟周期
时钟脉冲的重复周期称为时钟周期 (Clock Cycle)。时钟周期是CPU的时间基准，由计算机 的主频决定。如8086的主频为5MHz，1个时钟周 期就是200ns。
11
第2章8086微处理器1-2
忙碌
1）CPU执行指令时总线处于空闲状态 ） 执行指令时总线处于空闲状态 2）CPU访问存储器 存取数据或指令 时要等待总线操作的完成 访问存储器(存取数据或指令 ） 访问存储器 存取数据或指令)时要等待总线操作的完成 缺点： 缺点：CPU无法全速运行 无法全速运行 解决：总线空闲时预取指令， 解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到 需要指令时能立刻得到
6
结论
指令预取队列的存在使EU和 指令预取队列的存在使 和BIU两个部 两个部 分可同时进行工作， 分可同时进行工作，从而 提高了CPU的效率； 降低了对存储器存取速度的要求
7
8088/8086 CPU的特点
采用并行流水线工作方式 对内存空间实行分段管理： 对内存空间实行分段管理：
每段大小为16B～ 每段大小为16B～64KB 16B 用段地址和段内偏移实现对1MB空间的寻址 用段地址和段内偏移实现对1MB空间的寻址 设置地址段寄存器指示段的首地址
支持多处理器系统； 支持多处理器系统； 片内没有浮点运算部件， 片内没有浮点运算部件，浮点运算由数学协处 理器8087支持（也可用软件模拟） 理器 支持（也可用软件模拟） 支持 注：80486DX以后的CPU均将数学协处理 器作为标准部件集成到CPU内部
8
二、8086CPU的内部结构
8086内部由两部分组成： 内部由两部分组成： 内部由两部分组成 执行单元（EU） 执行单元（ ） 总线接口单元（BIU） 总线接口单元（ ）
2
指令预取队列(IPQ)
指令的一般执行过程： 指令的一般执行过程： 取指令 指令译码 读取操作数 执行指令 存放结果
3
串行工作方式：
8086以前的CPU采用串行工作方式： 8086以前的CPU采用串行工作方式： 以前的CPU采用串行工作方式
微机原理一至四章课后习题[1]
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第一章习题1简答：微处理器也叫CPU或中央处理器，包括运算器、控制器、寄存器组和内部总线。
微型计算机包括CPU、内存、I/O接口、系统总线。
微型计算机系统由硬件系统和软件系统共同构成微型机系统，是相辅相成的，缺一不可关系：微型计算机是以微处理器为核心，微型计算机系统是以微型计算机为核心，它们都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的数据处理系统，才具有实用意义。
2简答：微型计算机由CPU、内存、I/O接口、系统总线组成。
3简答：在CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线称为微处理器总线，即内部总线。
总线由三类传输线组成：数据线、地址线和控制线。
4答：微型计算机的工作过程就是逐条执行指令序列的过程，也就是不断的取指令和执行指令的过程。
在去指令阶段，把指令的地址赋给程序计数器PC，CPU从内存中读出的内容为指令，把它送入指令寄存器，由指令译码器译码，经控制器发出相应的控制信号。
在执行指令阶段，CPU执行指令所规定的具体操作。
一条指令执行完毕，就转入下一条指令的取指令阶段，这样周而复始的循环直到程序结束。
第二章习题一、填空题1、执行部件EU的组织有：，和。
2、8086CPU从偶地址访问内存1个字时需占用周期，而从奇地址访问内存1个字操作需占用周期。
3、IBM-PC机中的内存是按段存放信息的，一个段最大存贮空间为字节。
4、8086微处理机在最小模式下，用来控制输出地址是访问内存还是访问I/O。
5、一台计算机能执行多少种指令，是在时确定的。
二、单项选择题1、微型计算机的性能主要由来决定。
A、价钱B、CPUC、控制器D、其它2、对微处理器而言，它的每条指令都有一定的时序，其时序关系是A、一个时钟周期包括几个机器周期，一个机器周期包括几个指令周期。
B、一个机器周期包括几个指令周期，一个指令周期包括几个时钟周期。
C、一个指令周期包括几个机器周期，一个机器周期包括几个时钟周期。
D、一个指令周期包括几个时钟周期，一个时钟周期包括几个机器周期。
微机原理的三种总线和CPU的寻址方式完美版
高8位
低8位
CPU 奇存储体
A0~A18
A0~A18
1
0
偶存储体
8、8086与奇偶存储体连接图
低8位数据
高8位数据
① CPU的A1~A19与奇偶存储体的A0~A18对应 相连，同时选通某字对应的高、低字节存储单元;
②A0低电位选中偶存储体，输入/出该字的低8位数据； ③BHE低电位选中奇存储体输入/出该字的高8位数据。
2.3 试说明段寄存器的作用。 答：8086微处理器中的16位寄存器，用来存放对应的存储段的 段基值—段起始地址的高16位。通过段寄存器值和指令中给出 的16位段内偏移量,可得出存储器操作数的物理地址(20位)。
2.4 试说明8086的引脚信号中M/IO、DT/R、RD、WR、ALE和BHE 的作用。 答：8086的引脚信号中 M/IO*的作用是，存储器/I/O选择信号(输出)。用于区分当前 操作是访问存储器还是访问I/O端口。若该引脚输出高电平，表示 访问存储器；若输出低电平，表示访问I/O端口。 DT/R*的作用是，数据发送/接收信号（输出）用于指示数据 传送的方向，高电平表示CPU发送数据，低电平表示CPU接收数据。 该信号常用于数据缓冲器的方向控制。(T) RD*的作用是，读控制信号（三态输出），低电平有效时， 表示CPU正从存储器或I/O端口读取信息。 WR*的作用是，写控制信号（三态、输出），低电平有效。有 效时表示CPU正将信息写入存储器或I/O端口。 ALE的作用是，地址锁存允许，高电平有效。有效时表示地址 线上的地址信息有效。 BHE*的作用是，数据总线高8位输出允许 / 状态S7信号。在 总线周期的T1时刻，为数据总线高8位允许信号BHE，低电平有效， 有效时允许高8位数据在D15—D8总线上传送。
第2章_微型计算机系统基础(2)
2.2.3 存储器
计算机的存储器用来存放程序和数据，其容量的大 小、存取数据速度的快慢将直接影响到微机系统的性能。
随机存储器 RAM
主存储器 （内 存） 只读存储器 ROM 可编程只读存储器 PROM 可改写只读存储器 EPROM
存 储 器
外存储器 （辅助存储 器）
磁盘存储器：软磁盘、硬磁盘 光盘存储器
（3）控制总线（CB）：用于传送控制信 息和时序信息。控制信息中，有的是 CPU向内存或CPU向I/O接口电路发出的 信号，如读/写信息、片选信号、中断 响应信号等。控制总线上的信息传送方 向由具体控制信号而定，一般是双向的， 控制总线的位数要根据系统的实际需要 确定。
3．外部总线 外部总线是微型计算机和外部设备 之间的总线，微型计算机作为一种设备， 通过该总线和其他设备进行信息与数据 交换。
内存地址
RAM在实际存储的时候被分成 为许多等长的存储单元，在微机 中一般按照字节存储，即按字节 来分存储单元。比如，如果有内 存１kB，则被分为1024个存储单 元。每个存储单元将被赋予一个 编号即内存地址。 注意区分内存地址和内存 地址中的内容。
FFFFH
0002H
0001H
0000H
2、外存
2.2.7 微型计算机的主要性能指标
性能指标
（分32位、64位等几种字长）
重点
字长：计算机一次可并行处理的二进制数码的位数
运算速度（或时钟频率）——MIPS（每秒百万条指令） 主频，即主时钟频率。 80486：33MHZ~66MHZ之间 Pentium 4：2.4GHZ 频率越高，速度越快。 主（内）存贮器的容量：128MB/256MB/512MB/1GB等 外部设备配置 此外，还有功能指标、可靠性指标、兼容性指标等。
微机原理与接口技术第二章习题解答
微机原理与接口技术（楼顺天第二版）习题解答第2章8086CPU的结构与功能2.1答：微处理器内部结构由四部分组成：（1）算术逻辑运算单元ALU :完成所有的运算操作；（2）工作寄存器：暂存寻址信息和计算过程中的中间结果；（3）控制器：完成指令的读入、寄存和译码，并产生控制信号序列使ALU完成指定操作；（4 ）1/0控制逻辑：处理I/O操作。
2.2答：微处理器级总线有三类：（1 ）数据总线：传送信息；（2）地址总线：传送地址码；（3 ）控制总线传送控制信号。
2.3答：地址码只能由CPU生成。
而数据需要在CPU和存储器之间传输。
2.4答：8086CPU对存储器按20位地址编址，从00000H~FFFFFH ；I0端口按16位编址，从0000H~FFFFH。
为独立编址方式。
统一编址优点为存储器与I/O端口访问指令一致，寻址方式多，缺点是I/O端口地址占用了一定范围的存储器地址；独立编址的优点是存储器与I/O端口有各自的地址，缺点是需要有专门的指令，使得指令系统复杂。
2.5 8086CPU按内部功能可分为BIU和EU两部分。
BIU主要完成取指令、存储数据操作；EU的功能是执行指令规定的操作。
EU和BIU可以独立、并行执行，但相互之间会有协作。
当指令队列中还没有指令时，EU处于等待状态，当EU执行指令需要访问存储器或I/O端口时，BIU应尽快完成存取数据的操作。
2.6答：8086CPU内部有14个16位寄存器，其中8个通用寄存器（4数据寄存器AX、BX、CX、DX，4地址指针/变址寄存器SI、DI、SP、BP），4个段寄存器（CS、DS、ES、SS）, 2个控制寄存器（指令指针IP,微处理器状态字PSW）。
应该注意的是：可以在指令中用作为地址指针的寄存器有：SI、DI、BP和BX ;在微处理器状态字PSW中，一共设定了9个标志位，其中6个标志位用于反映ALU前一次操作的结果状态（CF，PF，AF，ZF，SF，OF ），另3个标志位用于控制CPU操作（DF，IF，TF ）。
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2. 几种基本时序
本节展开8088CPU最小模式下的最基本的4种 总线周期 存储器读总线周期 存储器写总线周期 I/O读总线周期 I/O写总线周期
存储器写总线周期 CLK
IO/M*
A19/S6 ~ A16/S3 A15 ~ A8
AD7 ~ AD0
ALE WR*
T1
T2
T3
T4
A19 ~ A16 A7 ~ A0
1. 内存数据的存储格式
计算机中信息的单位
二进制位Bit：存储一位二进制数：0或1
字节Byte：8个二进制位，D7～D0 字Word：16位，2个字节，D15～D0 双字DWord：32位，4个字节，D31～D0
最低有效位LSB：数据的最低位，D0位
最高有效位MSB：数据的最高位，对应字节、字、双字分 别指D7、D15、D31位
五. 8088 CPU的工作时序
CPU引脚如何相互配合、控制系统工作—时序 时序（Timing）是指信号高低电平（有效或 无效）变化及相互间的时间顺序关系 CPU时序决定系统各部件间的同步和定时 CPU时序有三级 指令周期 → 总线周期 → 时钟周期
什么是指令、总线和时钟周期？
1.指令周期、总线周期、时钟周期
处理器利用DS:EA存取数据段中的数据
附加段寄存器ES（Extra Segment）
附加段是附加的数据段，也保存数据：
附加段寄存器ES存放附加段的段地址 各种主存寻址方式（有效地址EA）得到存储器 中操作数的偏移地址
处理器利用ES:EA存取附加段中的数据 串操作指令将附加段作为其目的操作数的 存放区域
为减少芯片引线，有许多引线具有双重定义和 功能，分时复用方式，即在不同时刻，这些引 线上的信号是不相同的
8088的引脚图
GND
A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1
AD0 NMI INTR CLK GND
1
40
2
39
3
38
4
37
5
8088有8个8位通用寄存器、8个16位通用 寄存器 8088有6个状态标志和3个控制标志 8088将1MB存储空间分段管理，有4个段寄 存器，对应4种逻辑段 8088有4个段超越前缀指令，用于明确指定 数据所在的逻辑段
熟悉上述内容后，就可以进入下节
8086/8088的地址产生小结
逻辑地址：<段地址，偏移量> 段地址：CS, DS, ES, SS段基址寄存器 偏移量：SP, BP, DI, SI, IP等指针寄存器 上述寄存器都是16位的
存储器读总线周期
T1
T2
T3
T4
CLK
IO/M*
A19/S6 ~ A16/S3 A15 ~ A8
AD7 ~ AD0
A19 ~ A16 A7 ~ A0
S6 ~ S3 A15 ~ A8
输入数据
ALE RD*
READY
（高电平）
T1状态——输出20位存储器地址A19 ~ A0 IO/M*输出低电平，表示存储器操作； ALE输出正脉冲，表示复用总线输出地址 T2状态——输出控制信号RD* T3和Tw状态——检测数据传送是否能够完成 T4状态——前沿读取数据，完成数据传送
堆栈段确定堆栈所在的主存区域
堆栈段寄存器SS存放堆栈段的段地址 堆栈指针寄存器SP指示堆栈栈顶的偏移地址
处理器利用SS:SP操作堆栈顶的数据
数据段寄存器DS（Data Segment）
数据段存放运行程序所用的数据
数据段寄存器DS存放数据段的段地址 各种主存寻址方式（有效地址EA）得到存储器 中操作数的偏移地址
36
6
35
7 8088 34
8
33
9
32
10
31
11
30
12
29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
18
23
19
22
20
21
VCC
AD15 AD16 / S3 AD17 / S4
AD18 / S5 AD19 / S6 SS0*
(HIGH)
MN / MX*
RD*
HOLD (RQ)*/ GT0*)
HLDA (RQ1* /GT1*)
段地址左移4位 加上偏移地址
14600H 13800H ＋ 100H ＋ F00H
得到物理地址
14700H 14700H
3. 段寄存器
8088有4个16位段寄存器
CS（代码段）指明代码段的起始地址 SS（堆栈段）指明堆栈段的起始地址 DS（数据段）指明数据段的起始地址 ES（附加段）指明附加段的起始地址
你能区别寄存器、存储器(内存)、外存(包 括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗？
答案
寄存器、存储器和外存的区别
寄存器是微处理器（CPU）内部暂存数据的存储 单元，以名称表示，例如：AX，BX..….等 存储器也就是平时所说的主存，也叫内存，可直 接与CPU进行数据交换。主存利用地址区别 外存主要指用来长久保存数据的外部存储介质， 常见的有硬盘、光盘、磁带、U盘等。外存的数据 只能通过主存间接地与CPU交换数据 程序及其数据可以长久存放在外存，在运行需要 时才进入主存
总线周期 IO/M* WR* RD*
存储器读 低
高
低
存储器写 低
低
高
I/O读 I/O写
高
高
低
高
低
高
图：8088的功能结构
通用 寄存器
AH AL BH BL CH CL DH DL
SP BP SI DI
16位
地址 加法 器
20位地址总线 ∑
CS DS SS ES IP 内部寄存器
外 部 总 输入/输出 线
4个时钟周期编号为T1、T2、T3和T4 总线周期中的时钟周期也被称作“T状态” 时钟周期的时间长度就是时钟频率的倒数
当需要延长总线周期时插入等待状态何Tw时有总线周期？
何时有总线周期？
任何指令的取指阶段都需要存储器读总线周期， 读取的内容是指令代码
任何一条以存储单元为源操作数的指令都将引起 存储器读总线周期，任何一条以存储单元为目的 操作数的指令都将引起存储器写总线周期 只 有 执 行 IN 指 令 才 出 现 I/O 读 总 线 周 期 ， 执 行 OUT指令才出现I/O写总线周期 CPU响应可屏蔽中断时生成中断响应总线周期
同一个存储器地址可以是字节单元地址、字单 元地址、双字单元地址等等（视具体情况来确定）
80x86处理器采用“低对低、高对
高”的存储形式，被称为“小端方式
Little Endian”。
图示
相 对 应 还 存 在 “ 大 端 方 式 Big
Endian”。
2. 存储器的分段管理
8088CPU访问内存有20条地址线 物理地址
T4状态——完成数据传送
I/O写总线周期 CLK
IO/M*
A19/S6 ~ A16/S3 A15 ~ A8
AD7 ~ AD0 ALE
WR*
T1
T2
T3
T4
0000 A7 ~ A0
S6 ~ S3 A15 ~ A8
输出数据
READY
（高电平）
T1状态——输出16位I/O地址A15 ~ A0 IO/M*输出高电平，表示I/O操作； ALE输出正脉冲，表示复用总线输出地址 T2状态——输出控制信号WR*和数据D7 ~ D0 T3和Tw状态——检测数据传送是否能够完成 T4状态——完成数据传送
每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起 始地址，每种逻辑段均有各自的用途
代码段寄存器CS（Code Segment）
代码段用来存放程序的指令序列
代码段寄存器CS存放代码段的段地址 指令指针寄存器IP指示下条指令的偏移地址
处理器利用CS:IP取得下一条要执行的指令
逻辑地址
堆栈段寄存器SS（Stack Segment）
微型计算机基本结构 图: 微型计算机的硬件结构
8088CPU引脚线---外部特性
CPU引脚是系统总线的基本信号 可以分成三类信号
8位数据线：D0 ~ D7 20位地址线：A0 ~ A19 控制线：
ALE、IO/M*、WR*、RD*、READY INTR、INTA*、NMI，HOLD、HLDA RESET、CLK、Vcc、GND
S6 ~ S3 A15 ~ A8
输出数据
READY
（高电平）
T1状态——输出20位存储器地址A19 ~ A0。IO/M*输出低电平，表示存储 器操作；ALE输出正脉冲，表示复用总线输出地址 T2状态——输出控制信号WR*和数据D7 ~ D0 T3和Tw状态——检测数据传送是否能够完成。通过插入Tw等待状态，来 使速度差别较大的两部分保持同步
共 220B=1MB 个 存 储 单 元 , 内 存 地 址 00000H~FFFFFH
8088CPU将1MB空间分成许多段，有4个段寄 存器，对应4种逻辑段
每个段最大限制为64KB 段地址的低4位为0000B
内部寄存器16位如何寻 址20条地址线220＝1MB?
物理地址和逻辑地址
一个存储单元具有唯一物理地址（20位， 地址线寻址）、多个逻辑地址（16位，编 程用）
控制电路
ALU数据总线
ALU
执行部分 控制电路
标志寄存器 执行部件 （EU)
功能：负责指令的译码、执行和数据的运算
12 34
指令队列8088：4字节 （8086：6字节）
总线接口部件 （BIU)
功能：管理8088与系统总线的接口 负责CPU对存储器和外设进行访问